1.前言
大中型金相试样切割设备，是开展金相抽样研究活动的必要设备，它主要应用于获取金相试样、配置各种材料以及金属切口等。目前，大中型金相试样切割设备被广泛使用在机械制造、冶金、汽车加工、航天等多种领域。现存的大中型金相试样切割设备种类丰富，其中建立在微型处理器基础上的制样设施，运用了金相制造的前沿科技。然而，这类设备的自动程度偏低，不能实现大型零件的直接取样。为了达到行业制造的具体标准，推动金相试样研究的进步，我们需要研制精确度更高、性能更加优良和方便使用的金相试样切割体系。技术人员依据金相试样的特殊性质，研制出了基于复杂程序操作嵌入PLC技术，并增添了触摸屏幕作为操作人员和设备之间的交互窗口。这就弥补了传统设备在交互方面的缺陷，减少了输入操作和输出操作的端点数量，使得设备更加便于维护和管理。
2.大中型金相试样切割机原理
金相试样切割设备，是金相样本抽取的专门设施。为了保护被抽取金属样品的原有构造和结构性能，对于种类不同的金属物质，应当采用不同的切割方法和速度。在金相试样切割的控制体系内部，我们设计了测量操作窗口、手动窗口和自动窗口三种窗口，并增添了一个级别较高的设计窗口和一个用于查看金属切割进程的窗口。其中，自动方式的操作包括匀速金属试样切割、进三退一方式的金属试样切割，以及分层次的金属试样切割模式。选择每一种金属样品切割方法的用户，都可以在屏幕上不同的位置设置自己所需的技术参数，然后通过嵌入的PLC，来设置和它相对应的参数用以调取控制命令，促使切割设备按照具体要求来切割金属试样。在装置中，PLC和变频设备通过串联通讯的方法来调节电机的速度，系统采用协议方式来监测和掌握电机的工作现状。
3.基于复杂程序操作嵌入PLC的研发思路
从大中型金相试样切割设备的发展现状和研发需要入手，遵循提升效率、提高可靠程度、提升设备性价比的根本原则，我们设计出的大中型金相试样切割设备应当具备下列功能：可以依照零件的具体尺寸，来确定不同的切割方法；可以依据材料坚硬程度、规模等调整切割进程；可以依据配件的长宽和面积，来决定砂轮的打磨速度、轴承的运转速度和位移程度；可以准确掌握砂轮叶片遭到磨损的状况和配件直径，并据以确定切割过程中的快进端点和退刀端点；可以自行监督测量金属样品的切割数量、切割进展程度、主体电机的运行速度等技术参数。
为了使得研发方案达到金相试样切割的技术标准，同时提升加工机械的自动化水平，我们可以重点研究嵌入PLC的技术和触摸屏幕技术，以便改进大中型金相试样切割设备。
4.装置硬件设置
大中型金相试样切割机的执行配件包括三相异步类型的电机和步进类型的电机。前者运用变频装置来调节速度，后者由专有的驱动装置来进行驱动。切割系统的中心PLC控制设备发送命令信息，促进异步类型电机和步进类型电机协同工作，同时完成金属试样的切割操作。
（1）PLC控制中心
PLC是大中型金相样品切割装置的控制中心。PLC是在专门的操作环境下设计出的用于执行运算任务的电子设备，是内部装有存储设施、能够编程的控制设施。PLC可以储存和操作命令，完成逻辑演算、顺序监控、时间设定、数值记录等一系列操作，并以数字方式和模拟方式进行输出和输入，从而实现有效管理各类机械操作过程的目标。
PLC具有体积较小、功能多样、便于编程、耐用性强、可以在恶劣条件下工作等优势，因此，这种装置已经被广泛运用在自动工业生产的许多领域中。
（2）速度调节装置
在大中型金相样品切割装置中，通常采用变频设备来调节切割速度。在运用电机进行速度调节时，电机内部的磁通量应当被重点考虑。当磁通量过于微弱时，电机就会发生欠磁通的现象，这将会在很大程度上影响到电机设备输出的转矩。电机内部磁通量的减小，会直接导致电磁转矩的缩小。因此，在转换电机的工作频率时，要妥善控制电机自身的电压，以便使电机的磁通保持在一个恒定的数值上。依据金属样品切割设备的主要电机参数，系统选择了特定型号的变频装置，通过设置特定的功率数值变化，来实现对于主要电机运转速度改变的控制。试验结果表明：这二者之间的关系接近于一种线性关系，可以实现调节速度的目的。
PLC的输出方式为漏斗形状的晶体管输出，它和变频设备之间的信息交流采用了协议的方式，利用串行口来进行通讯。为了保证设备的工作安全，变频装置的端口要与地面连接。
（3）步进电机体系
步进式的电机，可以将电脉冲形式的信号转换为位移，它是一种电磁设备机械。在电机内部加入一个脉冲形式的信号，电机就会沿着预定的方向旋转特定角度。电机转动的速度要与输入设备的脉冲信号频率保持一致。系统用控制脉冲数量的方式来控制角度位置移动，从而实现准确定位的目标；用控制脉冲信号频率的方式来控制电机自身旋转速度，从而实现速度调节的目标。三个方向的步进式电机是由三个驱动装置来启动的，每一个方向的步进式电机驱动设备包括三种输入端口，分别为使能输入端口、步进式脉冲输入端口和方向信号输入端口。
5.装置软件设置
（1）主要系统软件设置
软件程序负责完成体系的初始化，通过设定切割数值，来启动金相样品切割设备，并将参量传送到触摸屏幕上以供查看。金相样品切割程序的初始化，主要任务是完成软件初始数值、系统内存、输入输出端口和相关硬件电路的初始化，使得PLC和与之相连的外部电路系统准备进入工作状态。这个过程主要涵盖了RAM单元、触摸屏幕电流以及端口接入方式的初始化活动。
在开始切割金属样品之前，我们首先要正确设定切割金属的流程参数。自动方式的操作，主要包括了匀速方式切割、进三退一方式切割以及分层切割三种类型。我们还可以为每一种方式设计与之相对应的高级设计选项和加密选项，这样既能起到简化操作的效果，又为系统增添了安全保障。
（2）触摸屏幕程序设置
输入体系和显示体系，是金相样品切割控制的两种重要体系，也是设备操作人员和设备本身实现交流的纽带。切割机的控制体系，采用特定型号的触摸式屏幕作为工作人员和设备之间的交互窗口，主要任务是设定各种切割参数并及时显示数据。PLC和触摸屏幕之间利用串行口来进行通信和传递命令，其基础是协议。我们可以从现实需要出发，来设置体系的工作状态。
触摸式屏幕是专门针对PLC设计的，也十分适合应用在PLC装置上面。这种屏幕的功能比较齐全，用户能够根据需要来组合不同的文字、数据、图案和按钮等，以便处理或者监管切割过程，并应对随时改变的信息。功能多样的展示屏幕具有自己的任务栏和窗口按钮，可以迅速切换窗口，运用起来省时便捷，能够很好地适应现代工业生产的要求。
金相样品切割系统的触摸式界面，利用了具有专门作用的组态工具。当系统被接通电源之后，触摸屏幕会启动用于系统初始化的界面，用户进入界面并输入自己的密码，经过系统验证之后就可以选择操作的种类了。而级别较高的系统设置和加密环节，是专门为需要采取保密措施的参数设置的。用户点击高级别设置的按钮之后，必须输入完全准确的密码，才能够进入这个界面，并设置自己需要的保密参数。当用户设定完所有的保密参数之后，再启动装置，系统就开始了自动化的金属切割过程。这时，如果用户想了解样品切割的进展状况，那么可以进入到用来观察金相切割流程的窗口，用图形来完整再现金相样品的切割工作过程。其中的箭头用来表示切割的具体位置。
6.结语
在准确把握金相试样切割设备原理的基础上，采用复杂程序操作嵌入PLC，作为整个系统控制的中心，并设置了良好的互动界面，研究出各种状况下不同类别金属切割试样的控制体系。这种复杂程序的特点包括：选择PLC技术来进行模块设计，方便操作人员编程，增添了体系的可靠程度，拓展了输出操作和输入操作的途径。这种嵌入技术为整个切割设备节约了空间资源，并为系统用户提供了简便友好的系统界面。采用协议方式控制的变频设备，有助于实现系统自身的调节和适应。现场测量结果表明：此类大中型金相试样切割机在运行时能够保持性能的基本稳定，具有较强的适应能力，性价比高，成本较低，在切割金属的控制精准程度上已经满足了用户的需求。
